Störungen der Blutzirkulation im Gehirn, etwa Schlaganfälle und Gehirnblutungen, zählen zu den häufigsten Todesursachen in westlichen Industrieländern. Intrakranielle Aneurysmen, eine Hauptursache für Blutungen, lassen sich grundsätzlich mit zwei Strategien behandeln. Bei der minimal-invasiven, endovaskulären Methode (Coiling) füllt ein Katheter das Aneurysma mit einer Drahtspule auf. Bei der neurochirurgischen Methode (Clipping) öffnen Ärzt*innen den Schädel und setzen Titan-Clips auf die Arterie, sodass das Aneurysma vom Blutkreislauf abgeklemmt wird.
Da das endovaskuläre Verfahren für einfache Aneurysmen immer häufiger eingesetzt wird, bleibt Clipping fast ausschließlich für komplexe Aneurysmen. Für angehende Neurochirurg*innen wird es dadurch schwieriger, einfache Situationen zu finden, an denen sie ihre Expertise für komplexe Fälle entwickeln können. Der Operationssimulator VIRTUAL ANEURYSM der Forschungsabteilung Medizin-Informatik schafft hier Abhilfe. Er ermöglicht das Training von Clipping-Eingriffen in verschiedenen virtuellen Szenarien. Das System kombiniert zwei haptische Eingabegeräte mit Force-Feedback und ein stereoskopisches Display. Außerdem stehen mehrere Aneurysmen-Geometrien mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad zur Auswahl. Benutzer*innen können zusätzlich aus einer Liste von über 50 3D-modellierten Clips verschiedener Größen und Formen wählen.
Zu Beginn des Trainings üben die Benutzer*innen die richtige Kopflagerung und die optimale Positionierung der Kraniotomie für den jeweiligen Fall. Während der Clipping-Operation detektiert der Simulator laufend Kollisionen zwischen Instrumenten und Gewebe und reagiert sofort darauf. Gleichzeitig berechnet ein optimiertes Finite-Elemente-Verfahren auf der GPU in Echtzeit die realistische Verformung der Blutgefäße und visualisiert sie. Die resultierenden Kräfte überträgt das System an die haptischen Geräte, sodass der*die Trainierende den Widerstand des Gewebes spürt. Eine Clipping-Zange mit integriertem Sensor misst den Öffnungswinkel und überträgt ihn in Echtzeit an den Simulator. Je nach Schwierigkeitsgrad kann es auch zu einer Ruptur kommen. In diesem Fall müssen die Operateur*innen die Blutung innerhalb einer vorgegebenen Zeit stoppen und das geplatzte Aneurysma versorgen.
Nach Abschluss des Trainings betrachten die Benutzer*innen ihr Ergebnis aus allen Blickwinkeln. Um eine objektive Bewertung zu erreichen, berechnet das System den Blutfluss durch die Arterie mit abgeklemmtem Aneurysma. Dadurch lassen sich unter anderem die induzierte Stenose und der Restfluss ins Aneurysma abschätzen. Diese Werte fließen in ein abschließendes Bewertungsschema ein. Darüber hinaus speichert das System sämtliche Trainingsdaten pro Benutzer*in. Dadurch können die Ergebnisse jederzeit visualisiert und miteinander verglichen werden.
Das Land Oberösterreich und die FFG förderten das Projekt im Rahmen des BRIDGE-Programms. Partner*innen waren das Kepler Universitätsklinikum Linz (Neuromed Campus und Med Campus III, vormals AKH Linz) sowie der deutsche Medizintechnikhersteller Aesculap AG, Weltmarktführer für handgehaltene chirurgische Instrumente. Diese Forschungsergebnisse bildeten die Grundlage für das darauffolgende Projekt MEDUSA.
Dieses Projekt wurde vom Land Oberösterreich sowie von der FFG im Rahmen des BRIDGE Programms gefördert.
Head of Research Unit Medical Informatics
